一、什么是数组
数组：可以看成是相同类型元素的一个集合。在内存中是一段连续的空间。
1. 数组中存放的元素其类型相同
2. 数组的空间是连在一起的
3. 每个空间有自己的编号，其实位置的编号为0，即数组的下标。
那在程序中如何创建数组呢？
二、 数组的创建及初始化
2.1数组的创建
T[] 数组名 = new T[N];
T：表示数组中存放元素的类型
T[]：表示数组的类型
N：表示数组的长度
int[] array1 = new int[10]; // 创建一个可以容纳10个int类型元素的数组 double[] array2 = new double[5]; // 创建一个可以容纳5个double类型元素的数组 String[] array3 = new double[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组
2.2数组的初始化
数组的初始化主要分为动态初始化以及静态初始化
- 动态初始化：在创建数组时，直接指定数组中元素的个数
int[] array = new int[10];
- 静态初始化：在创建数组时不直接指定数据元素个数，而直接将具体的数据内容进行指定
语法格式： T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, …, datan};
int[] array1 = new int[]{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; double[] array2 = new double[]{1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0}; String[] array3 = new String[]{"hell", "Java", "!!!"};
【注意事项】
1.静态初始化虽然没有指定数组的长度，编译器在编译时会根据{ }中元素个数来确定数组的长度。
2. 静态初始化时,{ }中数据类型必须与[]前数据类型一致。
3.静态初始化可以简写，省去后面的new T[ ]。
// 注意：虽然省去了new T[], 但是编译器编译代码时还是会还原 int[] array1 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; double[] array2 = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0}; String[] array3 = {"hell", "Java", "!!!"};
4.数组也可以按照如下C语言个数创建，不推荐
/* 该种定义方式不太友好，容易造成数组的类型就是int的误解 []如果在类型之后，就表示数组类型，因此int[]结合在一块写意思更清晰 */ int arr[] = {1, 2, 3};
5.静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以。
int[] array1; array1 = new int[10]; int[] array2; array2 = new int[]{10, 20, 30}; // 注意省略格式不可以拆分, 否则编译失败 // int[] array3; // array3 = {1, 2, 3};
6.如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值
如果数组中存储元素类型为基类类型，默认值为基类类型对应的默认值，比如：
如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null
三、数组的使用
3.1 数组中元素访问
数组在内存中是一段连续的空间，空间的编号都是从0开始的，依次递增，该编号称为数组的下标，数组可以通过下标访问其任意位置的元素。比如：
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; System.out.println(array[0]); System.out.println(array[1]); System.out.println(array[2]); System.out.println(array[3]); System.out.println(array[4]); // 也可以通过[]对数组中的元素进行修改 array[0] = 100; System.out.println(array[0]);
【注意事项】
- 数组是一段连续的内存空间，因此支持随机访问，即通过下标访问快速访问数组中任意位置的元素
- 下标从0开始，介于[0, N）之间不包含N，N为元素个数，不能越界，否则会报出下标越界异常。
int[] array = {1, 2, 3}; System.out.println(array[3]); // 数组中只有3个元素，下标一次为：0 1 2，array[3]下标越界 // 执行结果 Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100 at Test.main(Test.java:4)
抛出了 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 异常. 使用数组一定要下标谨防越界.
3.2 遍历数组
所谓 “遍历” 是指将数组中的所有元素都访问一遍, 访问是指对数组中的元素进行某种操作，比如：打印
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; System.out.println(array[0]); System.out.println(array[1]); System.out.println(array[2]); System.out.println(array[3]); System.out.println(array[4]);
上述代码可以起到对数组中元素遍历的目的，但问题是：
- 如果数组中增加了一个元素，就需要增加一条打印语句
- 如果输入中有100个元素，就需要写100个打印语句
- 如果现在要把打印修改为给数组中每个元素加1，修改起来非常麻烦。
通过观察代码可以发现，对数组中每个元素的操作都是相同的，则可以使用循环来进行打印。
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; for(int i = 0; i < 5; i++){ System.out.println(array[i]); }
改成循环之后，上述三个缺陷可以全部2和3问题可以全部解决，但是无法解决问题1。那能否获取到数组的长度呢？
注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; for(int i = 0; i < array.length; i++){ System.out.println(array[i]); }
也可以使用 for-each 遍历数组
int[] array = {1, 2, 3}; for (int x : array) { System.out.println(x); }
for-each 是 for 循环的另外一种使用方式. 能够更方便的完成对数组的遍历. 可以避免循环条件和更新语句写
四、数组是引用类型
4.1初始JVM的内存分布
内存是一段连续的存储空间，主要用来存储程序运行时数据的。
比如：
1. 程序运行时代码需要加载到内存
2. 程序运行产生的中间数据要存放在内存
3. 程序中的常量也要保存
4. 有些数据可能需要长时间存储，而有些数据当方法运行结束后就要被销毁
如果对内存中存储的数据不加区分的随意存储，那对内存管理起来将会非常麻烦。因此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：
程序计数器 (PC Register): 只是一个很小的空间, 保存下一条执行的指令的地址
虚拟机栈(JVM Stack): 与方法调用相关的一些信息，每个方法在执行时，都会先创建一个栈帧，栈帧中包含有：局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址以及其他的一些信息，保存的都是与方法执行时相关的一些信息。比如：局部变量。当方法运行结束后，栈帧就被销毁了，即栈帧中保存的数据也被销毁了。
本地方法栈(Native Method Stack): 本地方法栈与虚拟机栈的作用类似. 只不过保存的内容是Native方法的局部变量. 在有些版本的 JVM 实现中(例如HotSpot), 本地方法栈和虚拟机栈是一起的
堆(Heap):JVM所管理的最大内存区域. 使用 new 创建的对象都是在堆上保存 (例如前面的 new int[]{1, 2,3} )，堆是随着程序开始运行时而创建，随着程序的退出而销毁，堆中的数据只要还有在使用，就不会被销毁。
方法区(Method Area):用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据. 方法编译出的的字节码就是保存在这个区域
4.2 基本类型变量与引用类型变量的区别
基本数据类型创建的变量，称为基本变量，该变量空间中直接存放的是其所对应的值；
而引用数据类型创建的变量，一般称为对象的引用，其空间中存储的是对象所在空间的地址。
public static void func() { int a = 10; int b = 20; int[] arr = new int[]{1,2,3}; }
在上述代码中，a、b、arr，都是函数内部的变量，因此其空间都在main方法对应的栈帧中分配。
a、b是内置类型的变量，因此其空间中保存的就是给该变量初始化的值。
array是数组类型的引用变量，其内部保存的内容可以简单理解成是数组在堆空间中的首地址。
从上图可以看到，引用变量并不直接存储对象本身，可以简单理解成存储的是对象在堆中空间的起始地址。通过该地址，引用变量便可以去操作对象。有点类似C语言中的指针，但是Java中引用要比指针的操作更简单。
4.3 再谈引用变量
public static void func() { int[] array1 = new int[3]; array1[0] = 10; array1[1] = 20; array1[2] = 30; int[] array2 = new int[]{1,2,3,4,5}; array2[0] = 100; array2[1] = 200; array1 = array2; array1[2] = 300; array1[3] = 400; array2[4] = 500; for (int i = 0; i < array2.length; i++) { System.out.println(array2[i]); } }
4.4 认识 null
null 在 Java 中表示 “空引用” , 也就是一个不指向对象的引用
int[] arr = null; System.out.println(arr[0]); // 执行结果 Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at Test.main(Test.java:6)
null 的作用类似于 C 语言中的 NULL (空指针), 都是表示一个无效的内存位置. 因此不能对这个内存进行任何读写操作. 一旦尝试读写, 就会抛出 NullPointerException
注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联
五、数组的应用场景
5.1 保存数据
public static void main(String[] args) { int[] array = {1, 2, 3}; for(int i = 0; i < array.length; ++i){ System.out.println(array[i] + " "); } }
5.2作为函数的参数
- 参数传基本数据类型
public static void main(String[] args) { int num = 0; func(num); System.out.println("num = " + num); } public static void func(int x) { x = 10; System.out.println("x = " + x); } // 执行结果 x = 10 num = 0
发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.
2. 参数传数组类型(引用数据类型)
public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3}; func(arr); System.out.println("arr[0] = " + arr[0]); } public static void func(int[] a) { a[0] = 10; System.out.println("a[0] = " + a[0]); } // 执行结果 a[0] = 10 arr[0] = 10
发现在func方法内部修改数组的内容, 方法外部的数组内容也发生改变.
因为数组是引用类型，按照引用类型来进行传递，是可以修改其中存放的内容的。
总结: 所谓的 “引用” 本质上只是存了一个地址. Java 将数组设定成引用类型, 这样的话后续进行数组参数传参, 其实只是将数组的地址传入到函数形参中. 这样可以避免对整个数组的拷贝(数组可能比较长, 那么拷贝开销就会很大).
5.3 作为函数的返回值
比如：获取斐波那契数列的前N项
public class TestArray { public static int[] fib(int n){ if(n <= 0){ return null; } int[] array = new int[n]; array[0] = array[1] = 1; for(int i = 2; i < n; ++i){ array[i] = array[i-1] + array[i-2]; } return array; } public static void main(String[] args) { int[] array = fib(10); for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(array[i]); } } }
六、数组练习
6.1 数组转字符串
代码示例
import java.util.Arrays public static void main(String[] args) { int[] arr=new int[]{1,2,3,4,5,6,7}; String str=Arrays.toString(arr); System.out.println(str); } // 执行结果 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
使用这个方法后续打印数组就更方便一些.
Java 中提供了 java.util.Arrays 包, 其中包含了一些操作数组的常用方法；
6.2数组拷贝
import java.util.Arrays; public static void func(){ // newArr和arr引用的是同一个数组 // 因此newArr修改空间中内容之后，arr也可以看到修改的结果 int[] arr = {1,2,3,4,5,6}; int[] newArr = arr; newArr[0] = 10; System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(arr)); // 使用Arrays中copyOf方法完成数组的拷贝： // copyOf方法在进行数组拷贝时，创建了一个新的数组 // arr和newArr引用的不是同一个数组 arr[0] = 1; newArr = Arrays.copyOf(arr, arr.length); System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr)); // 因为arr修改其引用数组中内容时，对newArr没有任何影响 arr[0] = 10; System.out.println("arr: " + Arrays.toString(arr)); System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr)); // 拷贝某个范围. int[] newArr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 2, 4); System.out.println("newArr2: " + Arrays.toString(newArr2)); }
6.3 求数组中元素的平均值
public static void main(String[] args) { int[] arr = {1,2,3,4,5,6}; System.out.println(avg(arr)); } public static double avg(int[] arr) { int sum = 0; for (int x : arr) { sum += x; } return (double)sum / (double)arr.length; } // 执行结果 3.5
6.4查找数组中指定元素(顺序查找)
public static void main(String[] args) { int[] arr = {1,2,3,10,5,6}; System.out.println(find(arr, 10)); } public static int find(int[] arr, int data) { for (int i = 0; i < arr.length; i++) { if (arr[i] == data) { return i; } } return -1; // 表示没有找到 } // 执行结果 3
6.5 查找数组中指定元素(二分查找)
针对有序数组, 可以使用更高效的二分查找
啥叫有序数组?
有序分为 “升序” 和 “降序”
如 1 2 3 4 , 依次递增即为升序.
如 4 3 2 1 , 依次递减即为降序.
以升序数组为例, 二分查找的思路是先取中间位置的元素, 然后使用待查找元素与数组中间元素进行比较：
如果相等，即找到了返回该元素在数组中的下标
如果小于，以类似方式到数组左半侧查找
如果大于，以类似方式到数组右半侧查找
public static vopublic static void main(String[] args) { int[] arr = {1,2,3,4,5,6}; System.out.println(binarySearch(arr, 6)); } public static int binarySearch(int[] arr, int toFind) { int left = 0; int right = arr.length - 1; while (left <= right) { int mid = (left + right) / 2; if (toFind < arr[mid]) { // 去左侧区间找 right = mid - 1; } else if (toFind > arr[mid]) { // 去右侧区间找 left = mid + 1; } else { // 相等, 说明找到了 return mid; } } // 循环结束, 说明没找到 return -1; } // 执行结果 5
可以看到, 针对一个长度为 10000 个元素的数组查找, 二分查找只需要循环 14 次就能完成查找. 随着数组元素个数越多, 二分的优势就越大
6.6 数组排序(冒泡排序)
public class Test2 { public static void bubbleSort(int[] arr) { if(arr==null) { return; } for (int i = 0; i < arr.length-1; i++) { boolean flag=true; for (int j = 0; j < arr.length-1-i; j++) { if(arr[j]>arr[j+1]) { int tmp=arr[j]; arr[j]=arr[j+1]; arr[j+1]=tmp; flag=false; } } if(flag){ return; } } } public static void main(String[] args) { int[] arr={9,8,7,6,5,4,3,2,1}; bubbleSort(arr); for (int x:arr) { System.out.print(x+" "); } } } //运行结果 1 2 3 4 5 6 7 8 9
6.7 数组逆序
给定一个数组, 将里面的元素逆序排列
思路
设定两个下标, 分别指向第一个元素和最后一个元素.
交换两个位置的元素.
然后让前一个下标自增, 后一个下标自减, 循环继续即可.
public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3, 4}; reverse(arr); System.out.println(Arrays.toString(arr)); } public static void reverse(int[] arr) { int left = 0; int right = arr.length - 1; while (left < right) { int tmp = arr[left]; arr[left] = arr[right]; arr[right] = tmp; left++; right--; } }
七、 二维数组
二维数组本质上也就是一维数组, 只不过每个元素又是一个一维数组
基本语法
数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 };
7.1二维数组的定义与初始化
int[][] array = {{1,2,3},{4,5,6}}; int[][] array2 = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}}; int[][] array3 = new int[2][3]; //不规则二维数组 int[][] array5 = new int[2][]; //行 不能省略 //int[][] array4 = new int[][3];（错误）
看下面一串代码
public static void main(String[] args) { int[][] arr=new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}}; System.out.println(arr[0]); System.out.println(arr[0].length); System.out.println(arr[1]); System.out.println(arr[1].length); }
运行结果
[I@1b6d3586
3
[I@4554617c
3
为什么？原因是对于二维数组arr[0]，arr[1]是存放的是一个地址，分别指向了第一行的首地址和第二行的首地址
7.2遍历二维数组
int[][] arr = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} }; for (int row = 0; row < arr.length; row++) { for (int col = 0; col < arr[row].length; col++) { System.out.printf("%d\t", arr[row][col]); } System.out.println(""); } // 执行结果 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
7.3数组转字符串
public static void main(String[] args) { int[][] arr=new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}}; System.out.println(Arrays.deepToString(arr)); } //运行结果 [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
总结：
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